一种绕线式转子永磁调速装置的制作方法

本实用新型涉及一种永磁调速装置，特别是一种绕线式转子永磁调速装置。

背景技术：

中国专利CN2018102515689提出了一种基于转子回路感生电势调整型的永磁调速装置，通过控制定子线圈内的感生电动势，以实现对内转子线圈绕组中感生电动势与感生电流的调节，进而实现内转子总成中动力输出轴转速的调节，但该装置存在以下两个问题：

1、该装置的内转子线圈绕组为笼型转子，而笼型转子的结构特点是相数多(每根导条为一相)而匝数少(每相为半匝)，且笼条的截面积较大，因此导致笼条中的感生电流很大而感生电压很低；由变压器原理知，当一次绕组(即内转子线圈绕组)的电压很低时，为获得二次绕组(即定子线圈)所需的感生电压或电势，必须加长一次绕组及二次绕组的线圈及铁心长度，这样就导致该装置的内转子线圈绕组及定子线圈的轴向长度较长，并进而导致内转子总成及整个调速系统的轴向长度较长；

2、该装置的定子线圈为常规结构，即定子铁心(9)的槽口深度很小(常规结构一般为2～3mm)，使定子线圈的端部尺寸在径向方向上小于动力输入轴的最大外径(见该专利说明书附图1)，因此为避免定子线圈的端部与动力输入轴的最大外径发生干涉，必须保证定子线圈的端部与动力输入轴的最大外径在轴向方向上保持一定的距离；由于定子线圈的端部为无用长度，因此这部分端部长度的加入也使该装置的调速系统的轴向长度增加。

由于现有永磁调速装置是安装在电机与负载之间的，当轴向长度过大时，将会产生如下问题：

1、电机或负载的临界转速及刚度降低，使电机或负载极易产生震动及噪声；

2、对一些老、旧工程的电机进行调速改造时，由于最初设计时并未考虑永磁调速装置安装，因此周围环境已相对固定，电机或负载都难以移动，导致永磁调速装置的轴向安装空间不足；

3、永磁调速装置的制造及安装成本增加。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型要提出一种绕线式转子永磁调速装置，除具有基于转子回路感生电势调整型的永磁调速装置的优点外，还要实现以下目的：

1、降低电机或负载的震动及噪声；

2、缩小永磁调速装置的轴向安装空间，以利于老旧设备的改造；

3、降低制造及安装成本。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种绕线式转子的永磁调速装置，包括外转子总成、内转子总成、调速装置总成、外接电阻箱总成和机座总成；所述的外转子总成包括永磁体、埋入式轴承及动力输入轴；所述的内转子总成包括内转子线圈绕组、内转子铁心和动力输出轴；所述的调速装置总成包括定子铁心、定子线圈绕组、壳体、出线盒和定子绕组出线；所述的外接电阻箱总成包括有级调速电阻箱及外接电阻箱引线；所述的机座总成包括底板、左端轴承座、左端轴承、右端轴承座及右端轴承。

所述的动力输入轴为阶梯轴结构，并通过左端轴承座与动力机连接，动力输入轴的最大内圆表面安装永磁体、中心型孔处安装埋入式轴承。

所述的内转子总成中，内转子线圈绕组和内转子铁心构成绕线式转子结构；内转子铁心由双面绝缘的硅钢片叠压而成，内转子铁心的外圆均匀分布着转子线圈槽，所述的内转子线圈绕组嵌入在转子线圈槽内，并用绝缘导线将内转子线圈绕组连接成三相或多相对称绕组，所连接成的每相绕组的出线始端与出线末端短接；所述的内转子铁心通过键联结或过盈配合方式固定连接在动力输出轴所对应的外圆表面；所述的动力输出轴为阶梯轴结构，一端通过埋入式轴承与动力输入轴相连，另一端通过右端轴承与右端轴承座相连，动力输出轴的中部通过键或过盈配合方式与内转子线圈绕组固定连接。

所述的调速装置总成中，壳体的外表面与机座总成中底板固定连接，内表面与定子铁心固定连接；定子铁心的内圆均匀分布着定子线圈槽，所述的定子线圈绕组嵌入在定子线圈槽内，定子线圈槽的槽口深度H大于动力输入轴的最大外径；定子铁心压制在壳体的内表面；定子线圈的定子绕组出线通过出线盒引出；所述的外接电阻箱包括有级调速电阻箱、无级调速电阻箱及固定式电阻箱，并通过电阻箱引线与定子绕组出线相连。

所述的机座总成中，所述的左端轴承座上开有型孔；所述的左端轴承外圆安装在左端轴承座的型孔内表面，其内孔安装在动力输入轴相对应轴径的外圆表面；所述的右端轴承座开有型孔；所述的右端轴承外圆安装在右端轴承座的型孔内表面，其内孔安装在动力输出轴的对应轴径外圆表面；动力输入轴与动力输出轴的中心轴线同轴；所述的底板为平板结构，其上安装有左端轴承座和右端轴承座。

所述的有级调速电阻箱由接触器K1～KN及多级电阻R1～RN组成；所述的固定式电阻箱由三个并联的阻值固定的耗能电阻R组成。所述的无级调速电阻箱由一个变频器与一组耗能电阻组成。

进一步地，所述的内转子线圈绕组的结构为硬绕组、软绕组或散绕组。

进一步地，所述的有级调速电阻箱中设置K1～KN接触器触头，每相转子绕组串联电阻R1～RN；各相电阻R1～RN为并联，各相电阻R1～RN之间设置接触器触头K1～KN。

进一步地，所述的动力输入轴为导磁材料轴；所述的底板材料为优质碳素钢板；所述的动力输出轴为优质碳素钢轴。

进一步地，所述的转子线圈槽为轴向槽，沿内转子铁心的外圆圆周方向均布，转子线圈槽横截面的中心线与内转子铁心的一条径向线共线；所述的定子线圈槽为轴向槽，沿定子铁心的内圆圆周方向均布，定子线圈槽横截面的中心线与定子铁心的一条径向线共线。

本实用新型与中国专利CN2018102515689(以下简称现有装置)相比，具有以下显著的优点：

1、本实用新型采用绕线式内转子结构，若设本实用新型的内转子线圈绕组的匝数为N，其线圈绕组匝数则为现有装置的内转子线圈绕组匝数的N倍，因此当气隙磁密、极距及转差相同时，本实用新型内转子线圈绕组的所产生的感生电压为现有装置的N倍，感生电流为现有装置的1/N倍，由变压器或异步电机的电势平衡原理知，本实用新型调速装置所需的内转子线圈绕组及定子线圈绕组的长度则为现有装置的1/N，即在相同的运行条件下，本实用新型内转子线圈绕组及定子线圈的轴向长度均较现有装置的相同部件小很多。

2、由于本实用新型的定子铁心的内圆分布的槽口深度H大于动力输入轴的最大外径，即定子线圈的端部不会与动力输入轴的最大外径发生干涉，因此调速装置中定子绕组的轴向长度要比现有装置的相同部分减小一个端部轴向长度。

3、由于本实用新型总体轴向长度的缩短，可提高电机或负载的临界转速及刚度，进而提高电机及负载的出力及运行时的可靠性；另外，在对一些老、旧工程进行电机调速改造时，由于总体轴向长度的缩短，可使本实用新型所述的永磁调速装置具有足够的轴向安装空间；

4、由于本实用新型较大地缩短了内转子总成及调速装置总成的轴向长度，进而缩短了整个永磁调速装置的轴向长度，进而减小了永磁调速装置制造及安装成本。

附图说明

图1为本实用新型的机械结构示意图。

图2为本实用新型的A-A剖面结构示意图。

图3为本实用新型的B-B剖面结构示意图。

图4为图3的I处放大图。

图5为固定式电阻箱与电阻箱引线示意图。

图6为有级调速电阻箱与电阻箱引线示意图。

图7为无级调速电阻箱与电阻箱引线示意图。

图中：1、永磁体，2、定子绕组出线，3、出线盒，4、动力输出轴，5、右端轴承，6、右端轴承座，7、内转子线圈绕组，8、壳体，9、定子铁心，10、定子线圈绕组，11、底板，12、埋入式轴承，13、左端轴承，14、左端轴承座， 15、动力输入轴，16、电阻箱引线，17、有级调速电阻箱，18、固定式电阻箱， 19、内转子铁心，20、无级调速电阻箱，21、变频器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步地说明。如图1-7所示，一种绕线式转子的永磁调速装置，包括外转子总成、内转子总成、调速装置总成、外接电阻箱总成和机座总成；所述的外转子总成包括永磁体1、埋入式轴承12及动力输入轴15；所述的内转子总成包括内转子线圈绕组7、内转子铁心19和动力输出轴4；所述的调速装置总成包括定子铁心9、定子线圈绕组10、壳体8、出线盒3和定子绕组出线2；所述的外接电阻箱总成包括有级调速电阻箱17及外接电阻箱引线16；所述的机座总成包括底板11、左端轴承座14、左端轴承13、右端轴承座6及右端轴承5。

所述的动力输入轴15为阶梯轴结构，并通过左端轴承座14与动力机连接，动力输入轴15的最大内圆表面安装永磁体1、中心型孔处安装埋入式轴承12。

所述的内转子总成中，内转子线圈绕组7和内转子铁心19构成绕线式转子结构；内转子铁心19由双面绝缘的硅钢片叠压而成，内转子铁心19的外圆均匀分布着转子线圈槽，所述的内转子线圈绕组7嵌入在转子线圈槽内，并用绝缘导线将内转子线圈绕组7连接成三相或多相对称绕组，所连接成的每相绕组的出线始端与出线末端短接；所述的内转子铁心19通过键联结或过盈配合方式固定连接在动力输出轴4所对应的外圆表面；所述的动力输出轴4为阶梯轴结构，一端通过埋入式轴承12与动力输入轴15相连，另一端通过右端轴承5与右端轴承座6相连，动力输出轴4的中部通过键或过盈配合方式与内转子线圈绕组7固定连接。

所述的调速装置总成中，壳体8的外表面与机座总成中底板11固定连接，内表面与定子铁心9固定连接；定子铁心9的内圆均匀分布着定子线圈槽，所述的定子线圈绕组10嵌入在定子线圈槽内，定子线圈槽的槽口深度H大于动力输入轴15的最大外径；定子铁心9压制在壳体8的内表面；定子线圈绕组10 的定子绕组出线2通过出线盒3引出；所述的外接电阻箱包括有级调速电阻箱 17、无级调速电阻箱20及固定式电阻箱18，并通过电阻箱引线16与定子绕组出线2相连。

所述的机座总成中，所述的左端轴承座14上开有型孔；所述的左端轴承13 外圆安装在左端轴承座14的型孔内表面，其内孔安装在动力输入轴15相对应轴径的外圆表面；所述的右端轴承座6开有型孔；所述的右端轴承5外圆安装在右端轴承座6的型孔内表面，其内孔安装在动力输出轴4的对应轴径外圆表面；动力输入轴15与动力输出轴4的中心轴线同轴；所述的底板11为平板结构，其上安装有左端轴承座14和右端轴承座6。

所述的有级调速电阻箱17由接触器K1～KN及多级电阻R1～RN组成；所述的固定式电阻箱18由三个并联的阻值固定的耗能电阻R组成。所述的无级调速电阻箱20由一个变频器21与一组耗能电阻组成。

进一步地，所述的内转子线圈绕组7的结构为硬绕组、软绕组或散绕组。

进一步地，所述的有级调速电阻箱17中设置K1～KN接触器触头，每相转子绕组串联电阻R1～RN；各相电阻R1～RN为并联，各相电阻R1～RN之间设置接触器触头K1～KN。

进一步地，所述的动力输入轴15为导磁材料轴；所述的底板11材料为优质碳素钢板；所述的动力输出轴4为优质碳素钢轴。

进一步地，所述的转子线圈槽为轴向槽，沿内转子铁心19的外圆圆周方向均布，转子线圈槽横截面的中心线与内转子铁心19的一条径向线共线；所述的定子线圈槽为轴向槽，沿定子铁心9的内圆圆周方向均布，定子线圈槽横截面的中心线与定子铁心9的一条径向线共线。

本实用新型的工作原理如下：

本实用新型的动力输入轴15与动力机相联使永磁体1形成旋转磁场，内转子线圈绕组7切割磁力线产生感生电势进而产生感生电流，所产生的感生电流形成洛仑兹力使内转子线圈绕组7沿永磁体1的旋转方向旋转，进而带动内转子铁心19旋转；由于动力输出轴4固定连接在内转子铁心19上，因此动力输出轴4也以相同的转速旋转。

本实用新型的调速机理为：

由于内转子线圈绕组7内存在感生电流，其外部也将生成一感生磁场，与调速装置总成中的定子铁心9与定子线圈绕组10作用，将在定子线圈绕组10 内也产生一感生电动势，且内转子线圈绕组7内的感生电动势需与之平衡；通过控制定子线圈绕组10内的感生电动势，可实现对内转子线圈绕组7内感生电动势与感生电流的调节，即增大定子线圈绕组10内的感生电动势，将减弱内转子线圈绕组7内的感生电流，从而实现输出转速的降低；反之减小定子线圈绕组10内的感生电动势，将增强内转子线圈绕组7内感生电流，从而实现输出转速的增大。

控制定子线圈绕组10内的感生电动势有两种方法，分别为：

1、由于多级电阻R1～RN与定子线圈绕组10串联，因此可通过控制有级调速电阻箱17内多级触头K1～KN，从而调整并控制定子线圈绕组10的感生电动势。

2、定子线圈绕组10与无级调速电阻箱20串联，无级调速电阻箱20内利用变频器21可控制定子线圈绕组10的端电压，并利用耗能电阻R将内转子线圈内多余的能量消耗掉。

本实用新型不局限于本实施例，任何在本实用新型披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本实用新型的保护范围。